В 1964 году построен пассажирский газотурбовоз ГП1, мощностью 3000 л.с. на базе экипажной части тепловоза ТЭП60.
Спрос на коломенские дизели постоянно возрастал. В середине 1960-х годов руководством Коломенского завода было принято решение о создании мощностного ряда среднеоборотных четырехтактных дизелей типа Д49 модульной конструкции для тепловозостроения, судостроения, электростанций, большегрузных самосвалов и т.д. В мировом и отечественном дизелестроении решение задачи модульности и унификации явилось значительным достижением для двигателей подобного класса. Сегодня концепции модульности в новых конструкциях дизелей придерживаются многие известные дизелестроительные компании мира.
В начале 1970-х годов был построен односекционный пассажирский тепловоз ТЭП70 мощностью 4000 л.с. в одной секции. После отработки конструкции в 1988 году начат серийный выпуск тепловоза. По своим основным техническим параметрам ТЭП70 соответствует мировому уровню и эксплуатируется в России, странах СНГ и Балтии. Всего выпущено более 560 секций ТЭП70.
В 1975–77 годах были построены два опытных образца односекционного пассажирского тепловоза ТЭП75 мощностью 6000 л.с., а в 1988-89 годах появились опытные восьмиосные тепловозы ТЭП80 с такой же мощностью в одной секции и оригинальной конструкцией четырехосной тележки. В 1993 году во время опытных поездок тепловоз ТЭП80 установил впервые в мировой практике рекорд скорости для тепловозов — 271 км/ч.
В период российского экономического кризиса 1990-х годов, разработка новой техники на Коломенском заводе не прекращалась. В 1997 году заводом изготовлены два опытных образца пассажирского электровоза переменного тока ЭП200 мощностью 8000 кВт с максимальной скоростью в эксплуатации 200 км/ч, конструкционной скоростью по экипажу — 250 км/ч. Они являются первыми пассажирскими скоростными электровозами отечественного производства.
В конце 1990-х годов по инициативе Коломенского завода была начата ремоторизация тепловозного парка МПС России — замена технически и морально устаревших двигателей на более экономичные и надежные коломенские двигатели типа Д49. Установка новых двигателей продлевает срок эксплуатации тепловозов на 15-20 лет.